恐龍能復(fù)活嗎?
——對(duì)必修2第四章第1節(jié)問(wèn)題探討的剖析

遼寧 傅忠揚(yáng)

恐龍能復(fù)活嗎?
——對(duì)必修2第四章第1節(jié)問(wèn)題探討的剖析

遼寧 傅忠揚(yáng)

1 問(wèn)題

人教版生物必修2第四章第1節(jié)《基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成》問(wèn)題探討中提到美國(guó)科幻電影《侏羅紀(jì)公園》。在電影中，生活著各種各樣的恐龍，它們?cè)谠爸刑S飛奔、相互爭(zhēng)斗，給觀眾留下了極為深刻的印象。影片說(shuō)，復(fù)活的恐龍是科學(xué)家利用提取出的恐龍DNA分子培育繁殖而來(lái)的。利用已滅絕生物的DNA分子，真的能夠使滅絕的生物復(fù)活嗎？

2 探討

在Michael Crichton 的《侏羅紀(jì)公園》一書及同名電影中，描述了一位科學(xué)家和一位企業(yè)家合作制造出活恐龍的神奇故事。他們的策略是分離恐龍DNA，但不是直接從恐龍殘骸中分離。他們發(fā)現(xiàn)侏羅紀(jì)時(shí)期的吸血昆蟲(chóng)吸了恐龍血之后又被樹(shù)的分泌液包埋變成琥珀，從而保存了這些昆蟲(chóng)。他們認(rèn)為，既然血液中有包含DNA的白細(xì)胞，昆蟲(chóng)腸道的內(nèi)含物中就應(yīng)該含有被吸過(guò)血的恐龍的DNA。接下來(lái)是用PCR擴(kuò)增恐龍DNA，將得到的DNA片段連接在一起，然后將這些DNA置于卵細(xì)胞中，瞧啊！一個(gè)小恐龍就孵化出來(lái)了！

這一設(shè)想聽(tīng)起來(lái)很荒謬，某些現(xiàn)實(shí)問(wèn)題使這種設(shè)想還完全停留在科幻領(lǐng)域。但讓人震驚的是這個(gè)故事中的某些部分已經(jīng)出現(xiàn)在科學(xué)文獻(xiàn)中。1993年6月，《侏羅紀(jì)公園》在電影院上映的同月，《Nature》雜志的一篇文章介紹了對(duì)一種滅絕的象鼻蟲(chóng)基因進(jìn)行PCR擴(kuò)增和部分基因測(cè)序的結(jié)果，這種昆蟲(chóng)在黎巴嫩的琥珀里已經(jīng)包埋了1.2億～1.35億年。這一研究把我們帶回了白堊紀(jì)，雖然沒(méi)有侏羅紀(jì)那么遠(yuǎn)古，但白堊紀(jì)也是恐龍的世界。如果這種研究可行的話，也許真能找到腸道中含有恐龍DNA且保存下來(lái)的吸血昆蟲(chóng)。進(jìn)一步講，得到的DNA有可能仍然足夠完整，可作為PCR擴(kuò)增的模板。畢竟，PCR技術(shù)有能力將單一DNA分子擴(kuò)增到我們期望的任何程度。

那么制造恐龍的道路上還有什么障礙呢？先不考慮用裸DNA制造脊椎動(dòng)物這一未知領(lǐng)域，我們首先得考慮PCR技術(shù)自身的限制，其中之一是PCR擴(kuò)增DNA片段的大小是有限的，至多40 kb。這樣的長(zhǎng)度大約只是整個(gè)恐龍基因組的十萬(wàn)分之一，這就意味著我們得將至少十萬(wàn)個(gè)PCR片段一段一段連接起來(lái)才能重建整個(gè)基因組，而這樣做的前提是我們要對(duì)恐龍DNA的序列有足夠的認(rèn)識(shí)才能在開(kāi)始時(shí)為所有這些片段設(shè)計(jì)好PCR引物。但是如果我們?cè)O(shè)法讓PCR擴(kuò)增片段遠(yuǎn)不止40 kb會(huì)怎么樣呢？如果PCR可以擴(kuò)增整個(gè)染色體，一次可擴(kuò)增高達(dá)幾億個(gè)堿基對(duì)呢？即便如此，我們還會(huì)面臨DNA是一種遺傳上不穩(wěn)定的分子這一事實(shí)，就算是在琥珀里的昆蟲(chóng)體內(nèi)也不能指望全長(zhǎng)染色體能保存幾百萬(wàn)年。PCR之所以能擴(kuò)增相對(duì)較短的片段是因?yàn)橐镏恍枰业揭粋€(gè)在這一短長(zhǎng)度上完整的分子就可以了，而要找到一個(gè)完整無(wú)斷裂的染色體，哪怕是一段無(wú)斷裂的百萬(wàn)堿基DNA片段，都是不可能的。

這些因素給少數(shù)已公布的用PCR擴(kuò)增遠(yuǎn)古時(shí)代DNA的例子增添了相當(dāng)?shù)牟淮_定性。很多科學(xué)家認(rèn)為像DNA這種容易斷裂的分子能夠保存數(shù)百萬(wàn)年根本不可信。他們認(rèn)為恐龍DNA很久以前就分解為核苷酸了，根本不能用作PCR擴(kuò)增的模板。實(shí)際上，所有超過(guò)10萬(wàn)年的遠(yuǎn)古DNA都是一樣的，包括原來(lái)認(rèn)為可能是例外的保存在琥珀中的DNA。另外，PCR儀確實(shí)擴(kuò)增了遠(yuǎn)古昆蟲(chóng)樣品的某種DNA。如果這不是遠(yuǎn)古昆蟲(chóng)的DNA，又是什么呢？這涉及PCR方法的第二個(gè)限制，也是其最大優(yōu)點(diǎn)：極高的靈敏度。正如我們已經(jīng)看到的， PCR能擴(kuò)增單一DNA分子，如果這是我們想要擴(kuò)增的DNA就再好不過(guò)了。然而，它也能捕獲樣品中極微量，甚至是單個(gè)分子的污染DNA，并對(duì)其擴(kuò)增，而不是擴(kuò)增我們想要的DNA。鑒于此，檢測(cè)白堊紀(jì)象鼻蟲(chóng)DNA的研究者應(yīng)先完成對(duì)白堊紀(jì)象鼻蟲(chóng)DNA的所有PCR擴(kuò)增和測(cè)序，然后再研究用來(lái)與白堊紀(jì)象鼻蟲(chóng)DNA作比較的現(xiàn)代昆蟲(chóng)DNA。這樣才可避免在擴(kuò)增所謂滅絕象鼻蟲(chóng)基因時(shí)，擴(kuò)增的是先前對(duì)現(xiàn)代昆蟲(chóng)DNA實(shí)驗(yàn)時(shí)所留下的污染。但是DNA無(wú)處不在，尤其是在分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室，想消除每一個(gè)遺留的DNA分子是極困難的。

此外，在昆蟲(chóng)腸道內(nèi)的恐龍DNA會(huì)被該昆蟲(chóng)的DNA嚴(yán)重污染，更不用說(shuō)來(lái)自腸道細(xì)菌的DNA了。而且，誰(shuí)敢說(shuō)這個(gè)昆蟲(chóng)死在樹(shù)脂里之前只吸了一種恐龍的血呢？如果它吸了兩種恐龍的血，PCR會(huì)將這兩種恐龍的DNA一起擴(kuò)增，這樣就沒(méi)有辦法把這兩種DNA分開(kāi)了。

換句話說(shuō)，就如想像的能看到一個(gè)活生生的恐龍那么讓人興奮一樣，我們已經(jīng)擁有了創(chuàng)造一個(gè)真實(shí)侏羅紀(jì)公園的工具。但是，現(xiàn)實(shí)問(wèn)題使這一理想幾乎不可能實(shí)現(xiàn)。

3 展望

從更為現(xiàn)實(shí)的角度來(lái)看， PCR技術(shù)已經(jīng)使我們可以對(duì)滅絕生物與其現(xiàn)存近親的基因序列進(jìn)行比較。由此催生了一個(gè)令人振奮的新領(lǐng)域，植物學(xué)家 Michael Clegg稱之為“分子古生物學(xué)”（molecular paleontology）。隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，未來(lái)人類對(duì)基因、基因型和基因表型的了解越來(lái)越多。如能達(dá)到完全破解基因和基因表達(dá)的規(guī)律，明確基因表達(dá)與生物結(jié)構(gòu)具體形狀的聯(lián)系，未來(lái)是有可能人造一個(gè)恐龍物種的。

（作者單位：遼寧省大連市第八中學(xué)）